晶体光学基础之光率体

透明晶体在偏光显微镜下所显示的一些光学性质,大多与光波在晶体中的振动方向及相应折射率值有密切关系。为了反映光波在晶体中传播时偏光振动方向与相应折射率值之间的关系,有必要使用在物理学中所建立的光率体概念。

光率体是表示光波在晶体中传播时,光波振动方向与相应折射率值之间关系的一种光性指示体。其做法是设想自晶体中心起,沿光波的各个振动方向,按比例截取相应的折射率值,再把各个线段的端点联系起来,便构成了光率体。

实际上光率体是利用晶体不同方向上的切片,在折光仪上测出各个光波振动方向上的相应折射率值所作的立体图。

光率体是从晶体的光学现象中抽象得出的立体几何图形,它反映了晶体光学性质中最本质的特点。它形状简单,应用方便,成为解释一切晶体光学现象的基础。用偏光显微镜鉴定晶体矿物也都以光率体在每种矿物中的方位为依据。由于各类晶体的光学性质不同,所构成的光率体形状也各不相同。

 

1、均质体光率体

光波在均质体中传播时,光波在任何方向振动,其传播速度不变,相应的折射率都相等。因此,均质体光率体是一个圆球体(图2.8)。通过光率体中心的任意切面均为圆切面,圆的半径代表折射率值。

2、一轴晶光率体

光波射入一轴晶矿物,发生双折射现象分解成两种偏光(图2.9、10),一种偏光的振动方向永远与光轴垂直,且各方向折射率相等,称为常光,以符号“o”表示。另一种偏光的振动方向平行于光轴和光波传播方向新构成的平面,其折射率值随振动方向不同而改变,称为非常光,以符号“e”表示。

中级晶族(三方、四方、六方晶系)晶体属一轴晶。该类晶体的水平结晶轴(a、b)单位相等,其水平方向上的光学性质相同。因此,一轴晶光率体是以c轴为旋转轴的旋转椭球体(二轴椭球体),并有正负之分。正—轴晶是一个拉长了的旋转椭球体(图2.9),负一轴晶是一个压扁了的旋转椭球体(图2.10)。

现以石英和方解石为例分述如下:

当光线垂直石英晶体的C轴方向射入晶体时,发生双折射,产生两个互相垂直振动的偏光。其一为常光,振动方向垂直C轴,折射率为1.544,以No表示;另一为非常光,其振动方向平行于C轴,折射率为1.553,以Ne表示。在平行C轴的方向上截取Ne=1.553,垂直光轴的方向上截取No=1.544,以此二线段为长短半径可构成一个垂直入射光线的椭圆切面(图2.9a)。垂直C轴其他任何方向射入的光线均可构成相同的椭圆切面。将这一系列的椭圆切面联系起来,便构成一个以C轴为旋转轴的长形旋转椭球体,即石英的光率体(图2-9b)。

这种光率体的特点是:其旋转轴为长轴,称为光轴。光沿光轴方向振动的折射率总比垂直于光轴方向振动的折射率大些,即Ne>No,称为—轴晶正光性光率体。

而当光线垂直方解石晶体的C轴方向(光轴)射入时,发生双折射,其No=1.658,Ne=1.486,用上述方法作出的光率体,则是一个以C轴为旋转轴的扁形旋转椭球体(图2.10)。它的特点与石英光率体相反,旋转轴为短轴(光轴),光沿光轴方向振动的折射率总比垂直光轴方向的折射率要小些。

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